CN116448984B - 一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置和方法 - Google Patents
一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116448984B CN116448984B CN202310427941.2A CN202310427941A CN116448984B CN 116448984 B CN116448984 B CN 116448984B CN 202310427941 A CN202310427941 A CN 202310427941A CN 116448984 B CN116448984 B CN 116448984B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wetland
- simulation module
- rainfall
- module
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 167
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 121
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 82
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims description 13
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 9
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000008400 supply water Substances 0.000 claims description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 9
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 4
- 241001149258 Sporobolus alterniflorus Species 0.000 description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 20
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 7
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 6
- XZPVPNZTYPUODG-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;dihydrate Chemical compound O.O.[Na+].[Cl-] XZPVPNZTYPUODG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 6
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 2
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000007226 seed germination Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 240000004928 Paspalum scrobiculatum Species 0.000 description 1
- 235000003675 Paspalum scrobiculatum Nutrition 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 description 1
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/24—Earth materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Cultivation Of Plants (AREA)
Abstract
本发明属于生态环境技术领域，具体为一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置和方法。所述实验装置包括气候室，在气候室内设有：湿地模拟模块，用于实现多种湿地模拟实验；水动力模拟模块，用于向所述湿地模拟模块提供设定水动力条件，以模拟河流和潮汐等陆海水动力过程；气候模拟模块，用于调节所述气候室内的温度、湿度、光照和二氧化碳，以模拟气候条件的变化；降雨模拟模块，用于模拟降雨现象；湿地监测模块，用于测量湿地模拟模块的水位、流速、地形高程等特征变化。所述方法使用所述装置分析植物与环境要素变化的互馈关系。通过各模块的协同实现湿地生态系统的模拟，以完成对湿地关键生态过程及其在变化环境下的响应机理的模拟研究。
Description
技术领域
本发明涉及生态环境技术领域，特别是涉及一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置和方法。
背景技术
目前，在湿地生态系统模拟中使用室内装置进行各项实验，属于较为成熟并被广泛应用的技术手段。其通过对装置内的样本提供一些特定的湿地模拟条件，观察这些条件对样本所造成的影响。然而，现有的室内湿地模拟实验装置多针对单一或个别环境因子进行模拟控制，难以满足多因子复合生态效应的研究需求，无法解释湿地生态系统中多因子的复杂作用关系及其影响过程机制。
因此，受上述条件制约，当前采用室内实验装置来进行湿地模拟的多因子研究仍存在较多缺陷，需要创建多模块集成的模拟装置，实现对湿地关键生态过程及其在变化环境下的响应机理的模拟研究。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置，该装置能够实现室内多因子、长期的、可重复的湿地模拟研究实验，能够对湿地深入研究提供有利条件。本发明的主要技术方案为：
一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置，包括气候室，在所述气候室内设有：
湿地模拟模块，用于进行湿地模拟实验；
水动力模拟模块，用于向所述湿地模拟模块提供设定水动力条件，以模拟河流和潮汐等陆海水动力过程；
气候模拟模块，用于调节所述气候室内的温度、湿度、光照和二氧化碳，以模拟湿地气候条件的变化；
降雨模拟模块，用于模拟湿地中的降雨现象；
湿地监测模块，用于测量湿地模拟模块的水位、流速和地形高程等特征变化。
进一步地，所述水动力模拟模块位于湿地模拟模块的两端，包括潮汐模拟模块和水位调节模块；
所述潮汐模拟模块包括浮体装置组件和浮体控制组件，所述浮体装置组件使所述潮汐模拟模块中的水体以浮体控制组件中的设定模式流向湿地模拟模块，所述浮体控制组件通过潮差、潮周期、周期数量和初始相位控制水体随所述浮体装置组件中浮体的简谐运动做周期性变化以模拟规则潮汐引起的潮流和潮位变化。
进一步地，所述水位调节模块包括水泵装置组件和水泵控制组件，所述水泵装置组件使所述水位调节模块中的水体以水泵控制组件中的设定模式流向湿地模拟模块，所述水泵控制组件通过最高水位、最低水位、周期数量、注水时长和控制流量控制水体水位变化。
进一步地，所述水动力模拟模块与水源经管道连接，所述水源包括淡水水源和盐水水源，所述淡水水源设置在所述湿地模拟模块和水动力模拟模块的下方，所述盐水水源与所述淡水水源经管道连通，以实现从所述淡水水源向所述盐水水源供水。
进一步地，所述湿地模拟模块为上开口的容置装置。
进一步地，所述气候模拟模块包括气候调节组件、温度控制组件、湿度控制组件、二氧化碳控制组件和光照控制组件；
所述气候调节组件用于提供温度调节信号、湿度调节信号、二氧化碳调节信号、光照调节信号；
所述温度控制组件用于根据所述温度调节信号向所述气候室提供设定温度；
所述湿度控制组件用于根据所述湿度调节信号向所述气候室提供设定湿度；
所述二氧化碳控制组件用于根据所述二氧化碳调节信号向所述气候室提供设定二氧化碳浓度；
所述光照控制组件用于根据所述光照调节信号向所述气候室提供设定光照强度和光照时长。
进一步地，所述降雨模拟模块包括降雨发生装置组件和降雨控制组件，所述降雨发生装置组件设置在所述湿地模拟模块上方，所述降雨发生装置组件以所述降雨控制组件中设定的降雨模式向湿地模拟模块提供降雨，所述降雨控制组件通过水源选择、降雨强度、降雨位置和降雨时长控制降雨模式。
进一步地，所述湿地监测模块包括移动搭载组件和移动搭载控制组件；
所述移动搭载组件包括：
纵向轨道，所述纵向轨道分别平行分布于所述湿地模拟模块的两侧；
纵向组件，所述纵向组件设置在所述纵向轨道上，所述纵向组件包括横梁和两条支腿，在所述横梁上设有横向轨道，所述两条支腿的下端可在所述纵向轨道上滑动；
横向组件，所述横向组件在所述横向轨道上滑动，在所述横向组件上设有垂向轨道；
垂向组件，所述垂向组件在所述垂向轨道上，可以沿所述垂向轨道上下运动；
所述移动搭载控制组件通过测量坐标、移动方向、移动速度或步长、停顿时长和探头选择控制所述垂向组件进行自动化测量。
进一步地，所述气候室为密闭隔离装置，所述气候模拟模块调控所述气候室内的温度范围为-10 ~ +40℃，所述湿度范围为20% ~ 90%（RH），所述光照强度最大可达到10000LUX，所述二氧化碳浓度为大气本底 ~ 2500ppm。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
本发明公开了一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置，所述实验装置包括气候室，在气候室内设有：湿地模拟模块，用于实现多种湿地模拟实验；水动力模拟模块，用于向所述湿地模拟模块提供设定水动力条件，以模拟河流和潮汐等陆海水动力过程；气候模拟模块，用于调节所述气候室内的温度、湿度、光照和二氧化碳，以模拟气候条件的变化；降雨模拟模块，用于模拟降雨现象；湿地监测模块，用于测量湿地模拟模块的水位、流速、地形高程等特征变化。通过各模块的协同实现湿地生态系统的模拟，以完成对湿地关键生态过程及其在变化环境下的响应机理的模拟研究。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面通过本发明的较佳实施例和附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明提供的一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置的示意图；
图2是本发明提供的水动力模拟模块和湿地监测模块的示意图；
图3是本发明提供的降雨模拟模块的示意图；
图4是本发明提供的气候模拟模块的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
湿地中宇宙是介于小尺度微宇宙和大尺度野外现实系统之间的模拟装置,可以控制一定的物理、化学要素和生境条件,以弥补传统实验室小型装置模拟要素过于简单,而野外现实系统复杂多变不可控制和难以开展对比实验的局限。
参照图1所示，本实施例公开了一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置，实验装置包括气候室，气候室为密闭隔离装置，气候室内设有湿地模拟模块1、水动力模拟模块3、气候模拟模块5、降雨模拟模块6和湿地监测模块4。其中，湿地模拟模块1为上开口的容置装置11，是实验装置进行模拟实验的主体场所，比如可以在湿地模拟模块1内进行沉积模拟实验，还可以在湿地模拟模块1内铺设泥沙构建初始地形进行冲淤模拟实验。湿地模拟模块1至少包括一个可拆卸挡板12（本实施例的附图中仅示出了一个可拆卸挡板12的具体情况），可具体根据实验要求分隔所述湿地模拟模块1，同时进行不同工况的模拟实验。水动力模拟模块3位于湿地模拟模块1的两端（分别为潮汐模拟模块31和水位调节模块32），即在所述湿地模拟模块1的一端设有潮汐模拟模块31，在所述湿地模拟模块1的另一端设有水位调节模块32，所述潮汐模拟模块31和水位调节模块32向湿地模拟模块1提供设定水动力条件，以模拟河流和潮汐等陆海水动力过程。潮汐模拟模块31和水位调节模块32中的水池一311中设有进水口和排水口，进水口和排水口经管道与水源2连通，其中水源2包括淡水水源21和盐水水源22，淡水水源21位于气候室的下方，盐水水源22位于气候室内且与淡水水源21经管道连通。气候模拟模块5用于调节所述气候室内的温度、湿度、光照和二氧化碳，以模拟气候条件的变化。降雨模拟模块6用于模拟气候室内湿地中的降雨现象。湿地监测模块4用于测量湿地模拟模块1的水位、流速、地形高程等特征变化。
以上气候模拟模块5调控气候室内的温度为+0 ~ +25℃，湿度为20%～90%（RH），光照强度最大可达到5000LUX，二氧化碳浓度为大气本底 ~ 2500ppm。作为可以变化的实施方式，气候室还可以模拟极端气候，所述气候室内的温度为-10 ~ +40℃，湿度为20% ~ 90%（RH），光照强度最大可达到10000LUX，二氧化碳浓度为大气本底 ~ 2500ppm。另外，在气候室内还可以根据实际需求设置报警装置，报警装置包括高温报警、低温报警、高湿报警、低湿报警、化霜报警。
本实施例公开的一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置，该装置通过气候室内的湿地模拟模块1实现多种湿地模拟实验，通过水动力模拟模块3实现河流和潮汐等陆海水动力过程的模拟，通过气候模拟模块5实现温度、湿度、光照和二氧化碳等气候条件变化的模拟，通过降雨模拟模块6实现降雨现象的模拟，同时通过湿地监测模块4实现湿地模拟模块1中水位、流速、地形高程等实验数据的自动化测量，通过各模块的协同实现湿地生态系统的模拟，以完成对湿地关键生态过程及其在变化环境下的响应机理的模拟研究。
本实施例公开的一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置基于多模块提供的多种功能，能够满足在室内开展多环境因子模拟实验的研究需求；该装置基于多模块的控制组件，可以提供精确可控的实验条件；该装置基于多模块自动化、高性能的特点，在应用中能够节省大量人力和时间，开展可重复的实验研究；该装置具有极好的扩展性和兼容性，可以根据实验要求快速集成新的实验功能，保持实验装置的长期领先性。
参照图2所示，为了实现水动力模拟模块3向湿地模拟模块1提供设定模式流动水体，申请人对潮汐模拟模块31和水位调节模块32进行了进一步的设计：
1）潮汐模拟模块31包括浮体312装置组件和浮体312控制组件。浮体312装置组件包括浮体312、升降机313和水池一311，升降机313垂向运动带动浮体312垂向运动，升降机313控制浮体312运动的最低点和最高点；浮体312高度大于水池一311的深度，当浮体312置于水池一311水面以下运动时，可使潮汐模拟模块31的水位相对湿地模拟模块1的水位以设定模式发生变化。具体地，本实施例中，浮体312模块水池一311深度为1m，湿地模拟模块1深度为0.5m，浮体312高度为1.15m。
浮体312控制组件包括水位计314、控制箱91和控制终端92，控制终端92通过发送信号给控制箱91以实现对升降机313运动方式的控制；在控制终端92中设置初始水位以实现水池一311中的水体到达初始水位，设置潮汐振幅A、潮周期T和周期数量以实现水位随浮体312的简谐运动做周期性变化；控制箱91接收水位计314的反馈信号并传递给控制终端92，控制终端92通过水位计314反馈信号以图形化界面实时监测水位变化，并自动调节浮体312升降保证水位精度，图形显示为h-h’=Asin（2π*t/T），其中h为瞬时水位，h’为初始水位，t为时长。
本实施例中，潮汐模拟模块31可以实现模拟正弦变化的规则潮汐过程，通过控制终端92控制浮体312做简谐运动，浮体312在水池一311中下降时，湿地模拟模块1的水位上升，实现涨潮过程，浮体312在水池一311中上升时，湿地模拟模块1的水位下降，实现落潮过程。
2）水位调节模块32包括水泵装置组件和水泵控制组件。水泵装置组件包括双向抽水泵（包括正向抽水泵322和反向抽水泵323）和水池二321，双向抽水泵使水池二321中的水体以设定模式流向湿地模拟模块1；水泵控制组件包括水位计324、控制箱91和控制终端92，控制终端92通过发送信号给控制箱91以实现对双向抽水泵抽水方式的控制，控制箱91接收水位计324的反馈信号并传递给控制终端92，实现控制终端92实时的水位监测；控制终端92通过设置最高水位、最低水位、注水时长、控制流量和周期数量实现控制水体水位变化。
为了满足在湿地模拟模块1中水位、流速、地形高程等多种参数自动测量需求，湿地监测模块4为自动化测量模块，包括移动搭载组件和移动搭载控制组件。其中，移动搭载组件包括：纵向轨道41，两条纵向轨道41分别设置在湿地模拟模块1的两侧；纵向组件，纵向组件可以在纵向轨道41上自由移动，包括横梁42和两条支腿44，在横梁42上设有横向轨道43，两条支腿44的下端可在所述纵向轨道41上滑动；横向组件，横向组件在横向轨道43上滑动，横向组件上设有垂向轨道45；垂向组件46，垂向组件46在垂向轨道45上，可以沿垂向轨道45上下运动，垂向组件46上设有多个搭载平台，可以根据实际需求搭载多种测量设备，如水位探头、地形激光探头、流速仪、相机等。
移动搭载控制组件包括控制箱91和控制终端92，控制箱91通过控制板卡连接移动搭载组件，实现信号传递和对移动搭载组件的移动控制，控制箱91中的数据采集卡可通过信号线连接垂向组件46上搭载的多个测量设备，实现测量数据的中转，可将数据储存在本地保证数据不丢失；控制终端92通过无线网与控制箱91传递信号，用于终端自动化控制和数据采集。控制终端92的测量参数包括测量断面坐标、移动方向、移动速度或步长、停顿时长、搭载仪器等参数。在具体测量时，在控制终端选择搭载仪器、测量断面坐标、停顿时长等测量参数，移动搭载组件移动到设置的测量断面后数据采集卡收集搭载仪器的测量数据，传输完成后移动到下一个测量断面，测量数据可实时传输回控制终端92。
下面以水位测量为例，进一步说明湿地监测模块4的工作方式。在垂向组件46的搭载平台上搭载水位探头，水位探头通过信号线连接控制箱91内的一个接口，在控制终端92上选择搭载设备为对应的接口以传递水位信号，在控制终端92设置水位测量断面。开始测量前，纵向组件先移动到纵向测量高度，随后横向组件和垂向组件46移动到初始测量坐标。开始测量后，移动搭载组件以设定的移动方向和移动速度或步长进行移动，定位到指定测量点后在设定停顿时长内进行水位测量，获取的水位数据实时传输回控制箱91中的数据采集卡中实现数据中转，最终水位数据传回控制终端92中实现数据采集。
参照图3-4所示，为了实现气候模拟模块5模拟气候室内气候条件的变化，气候模拟模块5包括气候调节组件、温度装置组件51、湿度装置组件52、二氧化碳装置组件53和光照装置组件54。在具体实施时，气候调节组件包括湿度传感器551、温度传感器552、二氧化碳传感器553、控制箱93和控制终端92，其中湿度传感器551、温度传感器552、二氧化碳传感器553位于湿地模拟模块1上方；温度装置组件51包括制冷机组511和加热器512，湿度装置组件52包括加湿器521和除湿器522，二氧化碳装置组件53包括二氧化碳气瓶531、二氧化碳进气口533和新风系统532，光照装置组件54包括置于湿地模拟模块1上方的多个照明装置540。
下面通过对二氧化碳的控制方式为例，来进一步说明气候模拟模块5的工作方式。气候调节组件可控二氧化碳浓度的范围为大气本底 ~2500ppm，精度为±50ppm。本实施例中，二氧化碳传感器553通过监测透过特定波长的红外光强度，向控制箱93传递二氧化碳的气体浓度，控制箱93向控制终端92传递信号以数值和图形的形式实时显示二氧化碳浓度值。当二氧化碳浓度超出设定的阈值范围后，启动调控机制。通过室内分布的新风系统532，当室内二氧化碳浓度大于设置的浓度值时，脱除二氧化碳；当室内二氧化碳浓度低于设置的浓度值时，由二氧化碳气瓶531通过二氧化碳进气口533向气候室输入二氧化碳气体以提高室内的二氧化碳浓度，浓度到达设定阈值范围后调控停止。
为了实现降雨模拟模块6模拟湿地中的降雨现象，降雨模拟模块6包括降雨发生装置组件和降雨控制组件。在具体实施时，降雨发生装置组件包括降雨管道61、降雨喷头62，降雨管道61位于湿地模拟模块1上方，降雨管道61与水源2连接，在降雨管道61上均匀分布有降雨喷头62，降雨喷头62正对湿地模拟模块1；降雨控制组件包括雨量计63、控制箱94和控制终端92，在控制终端92设置水源2、降雨强度、降雨位置和降雨时长，控制终端92向控制箱94发送指令后，控制箱94控制降雨管道61连接淡水水源21或者盐水水源22，控制打开设定位置的降雨喷头62，雨量计63通过控制箱94向控制终端92传递降雨量数据。
本实施例的多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置，用于分析植物与环境要素变化的互馈机制。具体实验方法如下：步骤1）在湿地模拟模块上铺设实验用沙，以形成初始地形；步骤2）设定水动力模拟模块、气候模拟模块、降雨模块和湿地监测模块的工作参数，在所述初始地形上放置植被；步骤3）将气候室设置为设定气候条件，水动力模拟模块中的水在设定的时间周期以设定模式流向湿地模拟模块；步骤4）通过湿地监测模块观察和分析植物与环境要素变化的互馈关系。
所述水动力模拟模块中的设定的时间周期为包括植物生命周期的各个阶段（包括种子扩散、种子萌发、幼苗定值、成株生长等）。具体可以在每个阶段包括至少一次水体流动（也可以周期性的水体流动，比如潮汐）。以模拟分析植物定植与潮沟网络形态结构演变的互馈机制。
所述的设定气候条件，可以为极寒天气、极热天气、强降雨天气等极端天气，也可以为正常的天气状况。
所述的植物可以为种子、幼苗，还可以为成株。
通过设置不同的设定气候条件，可以研究在正常天气状况或极端天气状况下，植物与环境要素变化的互馈机制。
进一步地，以互花米草为例，对本发明实验装置的应用场景进行进一步说明。具体地，所述实验装置用于模拟分析互花米草入侵定植与潮沟网络形态结构演变的互馈机制。
应用例：
滨海湿地位于陆海交界面，因其特殊的地理位置、丰富的自然资源和独特的生态系统，具有重要的生态服务功能和社会经济价值。潮沟网络被誉为滨海湿地与外界联系的“血管”，能够通过潮汐涨落过程实现陆海间的水盐、水沙等物质交换，同时，能够为盐沼植物种子水媒扩散提供通道，并为盐沼植被定植提供适宜的生境。近几十年来，北美原生盐沼植物互花米草（Spartina alterniflora）已在包括我国在内的全球滨海湿地大规模入侵。互花米草具有高度的生态适应性和强大的生物地貌塑造能力，作为优秀的“生态系统工程师”，其定植扩散能够改变潮沟网络的形态特征，反过来潮沟网络的发育演化也影响了互花米草的入侵过程。互花米草与潮沟网络间复杂的生态地貌互馈关系，能够改变滨海湿地的生境格局与生态功能。本应用例，运用本发明的多系统集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置，分析互花米草入侵与潮沟网络形态结构演变的互馈机制。
基本设计参数包括：
1）潮汐模拟：初始水位12cm，平均潮差5cm，潮周期400 - 1200s，盐水水源盐度0 -25ppt
2）气候模拟：平均湿度68%，光照强度1000LUX，光照时长12h，二氧化碳浓度400 -800ppm，平均温度12 - 18℃
3）降雨模拟：淡水水源，降雨强度0 - 60mm/h，降雨时长1h
4）湿地监测：地形激光探头、流速仪
5）湿地模拟：潮滩高程0 - 16cm，潮面坡度0.1 - 1%，3600粒互花米草种子
本实验基于互花米草入侵扩散与潮沟网络形态结构间的互馈机制，探究潮沟网络不同排水功能和几何特征对互花米草扩散定植过程及其生物地貌作用强度的影响。实验基于潮汐水流相似条件和泥沙起动相似条件，确定实验用沙，在湿地模拟模块上铺设带有坡度、整平均匀的潮滩。基于潮汐模拟模块产生周期性变化的潮汐，模拟潮滩在侵蚀状态下形成不同形态结构的潮沟网络。当潮沟网络演化到达动态平衡状态后，于湿地模拟模块靠近潮汐模拟模块一侧的潮滩上平均铺撒互花米草种子。
实验开始后，随着周期性的涨落潮，潮滩上邻近潮沟的种子随潮水汇集到潮沟中，跟随潮流运动进行水媒扩散。受潮流和微地形的影响，种子最终在潮沟边缘滞留或沉降，潮沟网络不同排水功能和几何特征将导致互花米草种子密度空间分布差异。分析互花米草种子截留率与潮沟排水功能与几何特征之间的相关关系。在生长季阶段，适宜的环境条件为互花米草种子萌发和幼苗定植提供机会窗口，随着互花米草幼苗定植生长，互花米草的定植密度和根系稳定性将改变潮沟边缘带中泥沙的沉积侵蚀模式，最终导致潮沟曲率等潮沟几何形态特征和潮沟网络排水效率的变化。分析潮沟网络排水功能与几何特征对互花米草种子萌发率的影响，比较互花米草的定植扩散模式下幼苗定植密度、根系稳定性与潮沟网络排水效率和几何特征变化的互馈关系。
在湿地监测模块的垂向组件中搭载流速仪和地形激光探头。在实验开始前测量初始潮沟地形。在实验过程中，采用流速仪测量潮沟分汊与弯曲处等地貌形态变化较大地方的水流流速，在互花米草定植后，采用地形激光探头定期进行地形测量。
基于互花米草的生长发育特性，通过气候模拟模块和降雨模拟模块，为潮滩上互花米草的种子萌发和幼苗定植过程提供适宜的温度、湿度、二氧化碳浓度、光照等环境条件，还可以进一步模拟气候变化情景。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置，其特征在于，包括气候室，在所述气候室内设有：
湿地模拟模块，用于进行湿地模拟实验；
水动力模拟模块，用于向所述湿地模拟模块提供设定水动力条件，所述水动力模拟模块位于所述湿地模拟模块的两端，包括潮汐模拟模块和水位调节模块；其中所述湿地模拟模块的一端设有潮汐模拟模块，在所述湿地模拟模块的另一端设有水位调节模块，以模拟河流和潮汐陆海水动力过程；
其中：
潮汐模拟模块包括浮体装置组件和浮体控制组件，浮体装置组件包括浮体、升降机和水池一，升降机垂向运动带动浮体垂向运动，浮体在水池一中下降时，湿地模拟模块的水位上升，实现涨潮过程，浮体在水池一中上升时，湿地模拟模块的水位下降，实现落潮过程；
水位调节模块包括水泵装置组件和水泵控制组件，水泵装置组件包括双向抽水泵和水池二，双向抽水泵使水池二中的水体以设定模式流向湿地模拟模块；
气候模拟模块，用于调节所述气候室内的温度、湿度、光照和二氧化碳，以模拟湿地气候条件的变化；
降雨模拟模块，用于模拟湿地中的降雨现象；
湿地监测模块，用于测量所述湿地模拟模块的水位、流速和地形高程特征变化。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述浮体装置组件使所述潮汐模拟模块中的水体以浮体控制组件中的设定模式流向湿地模拟模块，所述浮体控制组件通过潮差、潮周期、周期数量和初始相位控制水体随所述浮体装置组件中浮体的简谐运动做周期性变化以模拟规则潮汐引起的潮流和潮位变化。
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，
所述水泵控制组件通过最高水位、最低水位、周期数量、注水时长和控制流量控制水体水位变化。
4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述水动力模拟模块与水源经管道连接，所述水源包括淡水水源和盐水水源，所述淡水水源设置在所述气候室的下方，所述盐水水源与所述淡水水源经管道连通，以实现从所述淡水水源向所述盐水水源供水。
5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述湿地模拟模块为上开口的容置装置。
6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述气候模拟模块包括气候调节组件、温度控制组件、湿度控制组件、二氧化碳控制组件和光照控制组件；
所述气候调节组件用于提供温度调节信号、湿度调节信号、二氧化碳调节信号、光照调节信号；
所述温度控制组件用于根据所述温度调节信号向所述气候室提供设定温度；
所述湿度控制组件用于根据所述湿度调节信号向所述气候室提供设定湿度；
所述二氧化碳控制组件用于根据所述二氧化碳调节信号向所述气候室提供设定二氧化碳浓度；
所述光照控制组件用于根据所述光照调节信号向所述气候室提供设定光照强度和光照时长。
7.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述降雨模拟模块包括降雨发生装置组件和降雨控制组件，所述降雨发生装置组件设置在所述湿地模拟模块上方，所述降雨发生装置组件以所述降雨控制组件中设定的降雨模式向湿地模拟模块提供降雨，所述降雨控制组件通过水源选择、降雨强度、降雨位置和降雨时长控制降雨模式。
8.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述湿地监测模块包括移动搭载组件和移动搭载控制组件；
所述移动搭载组件包括：
纵向轨道，所述纵向轨道分别平行分布于所述湿地模拟模块的两侧；
纵向组件，所述纵向组件设置在所述纵向轨道上，所述纵向组件包括横梁和两条支腿，在所述横梁上设有横向轨道，所述两条支腿的下端可在所述纵向轨道上滑动；
横向组件，所述横向组件在所述横向轨道上滑动，在所述横向组件上设有垂向轨道；
垂向组件，所述垂向组件在所述垂向轨道上，可以沿所述垂向轨道上下运动；
所述移动搭载控制组件通过测量坐标、移动方向、移动速度或步长、停顿时长和探头选择控制所述垂向组件上搭载的测量设备进行自动化测量。
9.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述气候室为密闭隔离装置，所述气候模拟模块调控所述气候室内的温度范围为-10～+40℃，所述湿度范围为20％～90％RH，所述光照强度最大可达到10000LUX，所述二氧化碳浓度为大气本底～2500ppm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310427941.2A CN116448984B (zh) | 2023-04-20 | 2023-04-20 | 一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310427941.2A CN116448984B (zh) | 2023-04-20 | 2023-04-20 | 一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置和方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116448984A CN116448984A (zh) | 2023-07-18 |
| CN116448984B true CN116448984B (zh) | 2024-05-17 |
Family
ID=87131787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310427941.2A Active CN116448984B (zh) | 2023-04-20 | 2023-04-20 | 一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116448984B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116842351B (zh) * | 2023-09-01 | 2023-11-10 | 山东省海洋资源与环境研究院(山东省海洋环境监测中心、山东省水产品质量检验中心) | 滨海湿地碳汇评估模型构建方法、评估方法和电子设备 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101013532A (zh) * | 2006-12-20 | 2007-08-08 | 南京大学 | 一种模拟海滨潮汐运动的自动化装置 |
| CN103076437A (zh) * | 2012-12-30 | 2013-05-01 | 中国矿业大学(北京) | 考虑时空差异与降雨影响的采煤地裂缝水分损伤监测方法 |
| CN206575932U (zh) * | 2017-02-22 | 2017-10-24 | 上海海洋大学 | 一种湿地生态模拟装置 |
| CN109696294A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-04-30 | 河海大学 | 一种探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置 |
| CN110132833A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-08-16 | 山东工商学院 | 一种可实时测量高浓度尾矿水分蒸发干燥性能的实验装置 |
| CN111780951A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-10-16 | 鲁东大学 | 一种模拟潮汐的试验装置及其使用方法 |
| CN212871306U (zh) * | 2020-10-13 | 2021-04-02 | 山丹县湿地保护站 | 一种基于物联网的湿地监测装置 |
| CN114167032A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-11 | 内蒙古科技大学 | 一种模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法与装置 |
| CN114419979A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-04-29 | 生态环境部南京环境科学研究所 | 一种模拟湖泊生态系统的动态微宇宙体系装置 |
| CN216767370U (zh) * | 2022-01-21 | 2022-06-17 | 四川中页利华新能源科技有限公司 | 一种水力压裂监测实验系统 |
| CN217527518U (zh) * | 2021-12-01 | 2022-10-04 | 天津城建大学 | 一种移动式模块化高精度人工气候室 |
| CN218382312U (zh) * | 2022-07-22 | 2023-01-24 | 广东红树林生态科技有限公司 | 一种可模拟海浪拍打的潮汐模拟装置 |
-
2023
- 2023-04-20 CN CN202310427941.2A patent/CN116448984B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101013532A (zh) * | 2006-12-20 | 2007-08-08 | 南京大学 | 一种模拟海滨潮汐运动的自动化装置 |
| CN103076437A (zh) * | 2012-12-30 | 2013-05-01 | 中国矿业大学(北京) | 考虑时空差异与降雨影响的采煤地裂缝水分损伤监测方法 |
| CN206575932U (zh) * | 2017-02-22 | 2017-10-24 | 上海海洋大学 | 一种湿地生态模拟装置 |
| CN109696294A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-04-30 | 河海大学 | 一种探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置 |
| CN110132833A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-08-16 | 山东工商学院 | 一种可实时测量高浓度尾矿水分蒸发干燥性能的实验装置 |
| CN111780951A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-10-16 | 鲁东大学 | 一种模拟潮汐的试验装置及其使用方法 |
| CN212871306U (zh) * | 2020-10-13 | 2021-04-02 | 山丹县湿地保护站 | 一种基于物联网的湿地监测装置 |
| CN114167032A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-11 | 内蒙古科技大学 | 一种模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法与装置 |
| CN217527518U (zh) * | 2021-12-01 | 2022-10-04 | 天津城建大学 | 一种移动式模块化高精度人工气候室 |
| CN216767370U (zh) * | 2022-01-21 | 2022-06-17 | 四川中页利华新能源科技有限公司 | 一种水力压裂监测实验系统 |
| CN114419979A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-04-29 | 生态环境部南京环境科学研究所 | 一种模拟湖泊生态系统的动态微宇宙体系装置 |
| CN218382312U (zh) * | 2022-07-22 | 2023-01-24 | 广东红树林生态科技有限公司 | 一种可模拟海浪拍打的潮汐模拟装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116448984A (zh) | 2023-07-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103472205B (zh) | 复合极端气象条件下坡面水土流失实验装置及方法 | |
| CN102539642B (zh) | 一种人类活动扰动条件下的水循环过程模拟试验系统 | |
| CN116448984B (zh) | 一种多模块集成的湿地中宇宙室内模拟实验装置和方法 | |
| CN105973207A (zh) | 大型浅水湖泊水华集聚水域的补水控藻方法 | |
| CN104780755A (zh) | 自动水培温室工厂 | |
| Jin et al. | Three-dimensional water quality and SAV modeling of a large shallow lake | |
| Yang et al. | The influence of hydraulic characteristics on algal bloom in three gorges reservoir, China: a combination of cultural experiments and field monitoring | |
| Vertessy et al. | Predicting water yield from mountain ash forest catchments | |
| CN103583351B (zh) | 室内全天候全自动无土栽培试验仓 | |
| Long et al. | Oxygen exchange and ice melt measured at the ice-water interface by eddy correlation | |
| US11513030B2 (en) | Tidal simulation test device and method of use thereof | |
| CN203658350U (zh) | 复合极端气象条件下坡面水土流失实验装置 | |
| CN105352844A (zh) | 一种蒸渗仪水位自动补偿系统及其补偿方法 | |
| CN103798121A (zh) | 水利工程影响下的水华生消多功能实验研究系统及运行方法 | |
| CN113273448B (zh) | 湖沼最优格局的确定方法及其模拟实验装置 | |
| CN203523480U (zh) | 室内全天候全自动无土栽培试验仓 | |
| CN104032704A (zh) | 含漂浮植物河道的模拟系统、水流阻力计算方法及装置 | |
| Rybicki et al. | Observations of tidal flux between a submersed aquatic plant stand and the adjacent channel in the Potomac River near Washington, DC | |
| Wang et al. | A novel water use efficiency model based on stomata coupling crop growth and farmland water cycle processes in arid area | |
| CN111899623B (zh) | 基于一种模拟沉积物磷赋存形态装置的磷释放量评估方法 | |
| Dale et al. | Diurnal fluctuations of temperature near the bottom of shallow water bodies as affected by solar radiation, bottom color and water circulation | |
| CN110432046A (zh) | 一种温室内的智能灌溉系统 | |
| CN203745032U (zh) | 一种原位观测近自然湿地水位波动过程中测量植物根际痕量气体的装置 | |
| CN211861276U (zh) | 模拟潮汐涨落的盐沼植物生长培养装置 | |
| CN109526813A (zh) | 鱼类温度偏好测试实验装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |